看來題主還沒有走出高中化學的「舊世界」，沒有被大學化學好好調教過。

實際上一個碳上面是能夠同時存在兩個碳碳雙鍵的，並且穩定性也尚可。這類物質有個名稱，叫做聯烯，確實像一些高中老師說的，聯烯上兩個雙鍵不穩定會發生重排生成碳碳三鍵。比如丙二烯（聯烯的一種）和丙炔之間的互變異構。但是這類反應需要一定的溫度纔可以進行，在低溫下，聯烯是可以較穩定存在的。

丙二烯與丙炔的互變異構

聯烯是指一類含有1,2-丙二烯官能團的化合物，本身具有獨特的結構。聯烯官能團的三個碳原子中末端的兩個 [公式] 雜化的碳原子以剩下的未雜化的 [公式] 軌道與中間的 [公式] 雜化的碳原子的兩個互相垂直的p軌道交蓋形成兩個相互垂直的p軌道。

聯烯的結構特徵

這一方面使這三個碳原子上有著不同的電子云密度，同時當聯烯帶有其它基團時（圖中a、b、c、d代表不同的取代基），由於取代基團的立體、電子等因素影響，更賦予了這類化合物的兩個 [公式] 鍵特有的反應性能，使得聯烯構成了一個軸手性因素。[1]

我國麻生明院士[2][3]就專門搞聯烯這塊的研究，在聯烯化學領域深耕細作，成果頗豐。（這裡說句題外話，高中教材也應該跟隨時代了，稍微介紹一下化學前沿該多好，一些學生甚至包括高中化學老師，連一個碳上能不能連接兩個碳碳雙鍵都不清楚。）

麻生明院士在聯烯化學領域可是扛把子。

麻生明主要從事聯烯及其類似物化學方面的研究，開展金屬催化的聯烯反應，聯烯的親核加成反應，聯烯的親電加成反應，聯烯自由基化學和酶催化反應，聯烯的合成化學，以及自己發展的這些方法學在天然產物合成中的應用。

回到聯烯上來，聯烯化學是有機化學的一個重要的分支。早在19世紀末期，1887年化學家Burton和Pecham就製備了第一個聯烯化合物[4]，然而限於當時令人捉急的化合物鑒別手段，這玩意被錯誤地當做戊炔二酸，直到1954年，Jones等人根據當時先進的紫外光譜手段正確地確定了其聯烯的結構[5]。

聯烯在19世紀就被合成出來了，然而當時被當成了其他物質，直到上世紀50年代，才被正確確定其結構。

限於當時的價鍵理論的思想，在很長的一段時間內，化學家們認為這種一個碳連接兩個碳碳雙鍵的結構是不可能穩定存在的，理所當然不能被製備。（沒錯，當時很多化學家就是這樣認為的，其理由大體上就是積累二烯烴能重排不穩定，和我高中化學老師說的一樣。）

當時的化學家：累積二烯烴？tan90°

然而到了1924年，事情出現了轉機，Staudinger和Ruzika兩位化學家第一次從自然界裡面分離得到了聯烯化合物Pyrethrolone（除蟲菊酯）[6]，無獨有偶，在1952年，化學家從自然界分離得到的Mycomycin（黴素）也含有聯烯的結構[7][8]。人們才知道，原來這種結構不僅能夠穩定存在，並且還能天然地存在於自然界。對，人家是天然存在的喏~

這事說不好能上nature

Mycomycin是一種聯烯，在PubChem網站上你可以點點滑鼠拖動這個三維分子，很有趣。

Pyrethrolone（除蟲菊酯）[9]這玩意可能你家裡都有，翻看你家的驅蚊水或者電蚊香液，裡面的一些成分中就可能有除蟲菊酯。別再說「一個碳原子上不能同時存在兩個碳碳雙鍵」了，除蟲菊酯第一個不服，人家可是幫人類驅趕跑了很多蚊子呢！

除蟲菊的根莖部分含有除蟲菊酯，這種漂亮的小花花可以幫助你驅趕蚊子。

天然存在的聯烯化合物，左是除蟲菊酯的結構，右是黴素的結構。

從結構上而言，最簡單的聯烯即1,2-丙二烯與丙炔是同分異構體，事實上，這種結構上的相似性在所有聯烯類化合物與其對應炔類化合物都存在，結構上的相似性往往帶來性質的相似性，因此兩者的性質往往可以相互比較和借鑒。比如丙二烯和乙烯的在結構上比較，丙二烯的碳碳鍵和碳氫鍵的鍵長小於乙烯對應的碳碳鍵和碳氫鍵的鍵長。

聯烯和烯以及炔的部分化學性質很相似，有興趣的小夥伴可以通過下面的傳送門到達我之前整理的《烯和炔的一點化學性質》[10]，瞭解一下。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/38405933?

zhuanlan.zhihu.com圖標

許多聯烯化合物是通過炔類化合物的重排而來，當然聯烯化合物又有更多自己的特色。

  1. 其一，聯烯有兩套相互垂直的 [公式] 軌道。
  2. 其二，聯烯上可以引入四個不同的取代基，這種取代基的多樣性是炔類化合物所不具備的，這種多樣性又決定了聯烯化合物自然而然地成為一類重要的有機合成中間體[11]。

聯烯的結構模型，很典型兩個sp2碳夾一個sp碳的結構，中間的β碳的電負性比另外兩碳電負性大，是一些反應的中心。

從穩定性角度而言，確實最簡單的聯烯——丙二烯，的能量要高於其同分異構體——丙炔，因此單從熱力學角度而言，丙二烯有著向丙炔轉化的傾向，一旦溫度合適，丙二烯生成丙炔的轉化率就很高。然而，如果聯烯上面連接了一些取代基（比如羧基、鹵原子等），情況就不一樣了，許多取代的丙二烯在熱力學上比相應的炔烴更穩定。

左邊是丙二烯與乙烯的鍵長比較，右邊是丙二烯與丙炔的能量比較，丙二烯的能量高於丙炔，容易向丙炔轉化。

值得一提的是，聯烯還具有軸手性，在手性合成上面，聯烯還有一定的用武之地。當四個取代基各不相同時，具有手性，可以將聯烯三個碳原子「縮」為一個碳原子根據Cahn-Ingold-Prelog規則來判斷[11]。

聯烯的手性判斷。

從反應機理角度而言。聯烯所能進行的反應很多，親核加成、親電加成、自由基反應都有所覆蓋。實在太多，有興趣的小夥伴可以翻一下參考文獻吧[1][11][12]。關於聯烯的合成有一篇paper也相當有趣。參考這篇文章：how easy are the synthesis of allenes?[13]

how easy are the synthesis of allenes?

總而言之，一個碳原子上是能夠同時存在兩個碳碳雙鍵的，而且這類化合物被稱為聯烯，由這類化合物發展的聯烯化學是有機化學的一個重要的分支，並且不斷在合成方法學上添磚加瓦。

其實人類就是在不斷認識錯誤中才能所有進步，最重要的就是靠不斷學習來推翻之前的錯誤。

參考

  1. ^ab潘峯,傅春玲,麻生明.聯烯的自由基反應[J].有機化學,2004,24(10):1168-1190. DOI:10.3321/j.issn:0253-2786.2004.10.004. https://wust.dr2am.cn/--/cn/com/wanfangdata/d/_/periodical/yjhx200410004
  2. ^麻生明（中心主任）-Zhejiang University http://www.zjunhu.zju.edu.cn/2019/1212/c43498a1817978/page.htm
  3. ^麻生明----上海有機化學研究所金屬有機化學國家重點實驗室 http://www.lomc.sioc.cas.cn/yjdw/xsdtr/201007/t20100702_2891823.html
  4. ^B.S.Burton,H.V.Pechman,Chem.Ber.1887,20,145.
  5. ^E.R.H.Jones,G.H.Mansfield,M.C.Whiting,J.Chem.Soc.1954,3208.
  6. ^H.Staudinger,L.Ruzika,Helv.Chim.Acta.1924,7,177.
  7. ^W.D.Clemer,I.A.Solomans,JIAm.Chem.Soc.1952,74,1870,2245,3838.
  8. ^Mycomycin-PubChem https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Mycomycin
  9. ^Pyrethrolone-PubChem https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/#query=Pyrethrolone
  10. ^烯和炔的一點化學性質 - ChemX的文章 - 知乎 https://zhuanlan.zhihu.com/p/38405933
  11. ^abc尹少虎.聯烯化學及其在有機合成中的應用[D].上海:復旦大學,2002. DOI:10.7666/d.y467242.
  12. ^聯烯化學 https://wenku.baidu.com/view/24035141b207e87101f69e3143323968011cf476.html
  13. ^how easy are the synthesis of allenes?, Ma et al, Chem. Commun.2011,5384 https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cc/c0cc05640e#!divAbstract

先說有沒有，再說對不對，能想一堆理由解釋二氧化碳的結構，為什麼不能解釋「累積二烯烴」的穩定性呢？

高中老師為了避免麻煩，說「不穩定」、「不存在」、「會變成炔烴」，那跳出高中水平到底有沒有呢？

這個化合物有CAS號，還能買得到，所以問題其實不成立。

再看，下圖來自17年的一篇綜述[1]，這種結構都可以有，那麼一個碳原子上怎麼不能同時存在兩個碳碳雙鍵？

所以「化合物不穩定」只是相對的，一個碳原子上能同時存在兩個碳碳雙鍵。

其實復旦還有一位專門研究聯二烯的院士[2]。所以高中老師只是不想多說這些高考不考的知識，編了個理由而已，當然這種冷知識對一般人也沒什麼用，老師要怎麼講也無可厚非。

參考

  1. ^Acc. Chem. Res., 2017, 50, 1468?1479 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.7b00164?journalCode=achre4quickLinkVolume=50quickLinkPage=1468selectedTab=citationvolume=50
  2. ^http://www.chemistry.fudan.edu.cn/Data/View/959

這個問題估計又是來自「舊式」高中化學的誤會：一個碳不能連兩個雙鍵，一個碳不能同時連雙鍵和羥基。

但其實，最簡單的符合題主的要求「一個碳原子上同時存在兩個碳碳雙鍵」的就是丙二烯啊。

我記得20年前我上高中的時候，老師曾經說過，丙二烯不可能穩定存在，立馬就變成丙炔（甲基乙炔）了。

但其實，這個反應是可逆的。丙二烯是可以穩定存在的，它的分子構型如下：

我們知道，高溫焊接通常用氧炔焰，一般可以達到3160度的高溫。在美國，曾經用過一種MAPP氣體，可以達到2925度高溫，比乙炔也更加安全。

早期陶氏化學的MAPP氣體成分是這樣的：甲基乙炔48%，丙二烯23%，丙烷27%……

之所以叫MAPP就來自其中的成分：MA=甲基乙炔、P=丙二烯、P=丙烷。

後來修改為：甲基乙炔30%，丙二烯14%，丙烯43%，丙烷27%，丁烷6%……

2008年以後，這種氣體停產了，但MAPP氣體這個品牌依然存在，其中已經沒有甲基乙炔或丙二烯了，取而代之的是丙烯和極少的丙烷。

所以啊，人家都已經用了那麼多年，我們還在糾結這東西是否存在……

CAS番號如上

其實，在有機化學界，類似丙二烯結構的物質特別多，很多朋友都提到了「聯烯」，我就不班門弄斧了。

含有丙二烯結構的天然物質也很多，比如下面的葉黃素，就是很典型的一種。

葉黃素（巖藻黃質）結構

參考：

1，Klaus Buckl, Andreas Meiswinkel "Propyne" in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2008, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.m22_m01

2，Krause, Norbert; Hoffmann‐R?der, Anja (2004). "18. Allenic Natural Products and Pharmaceuticals". In Krause, Norbert; Hashmi, A. Stephen K. (eds.).Modern Allene Chemistry.

看來要弄出我的神器扯蛋模型。

扯蛋模型?

www.huaxuejia.cn

在上面輸入的地方輸入 ： C=C=C=C=C=C=C=C=C

其中你只要輸入一個 C=C=C 其它地方隨便。

然後抓住一個原子（蛋） 進行扯動就觀察到分子結構了。

——————

看來有人扯蛋上癮了，好多人問SMILES格式怎麼輸入的問題。

注意輸入的是SMILES格式，而不是結構式，之間的區別就略去。smiles格式挺煩的

一般是先把非必要的氫去掉。

SMILES:一種簡化的分子語言?

www.jianshu.com圖標

上面有一個簡單的介紹。

先記住一個最簡單的規則 = 表示雙鍵 #表示 三鍵 ，其它的暫且不管。

裡面的碳是4價，根據連接的鍵會自動補充氫的個數。

C12=CC=CC=C1C3=C(C=CC=C3)C#C2 （第一個的 12考慮是什麼意思）

C=CC=CC=C1C3=C(C=CC=C3)C#C2 （後面有1 有2 但是沒有對稱，是如何補齊）

C12=CC#CC=C1C3=C(C=CC=C3)C=C2

C12=C=C#CC=C1C3=C(C=CC=C3)C=C2 （這個是有錯誤的，即一個碳有一個三鍵 一個雙鍵 ，但是程序沒有處理）

總之上面的幾個例子 要了解 數字的意義 括弧的意義。 這兩個會了基本的情況都會了。

然後可以盡情的扯蛋了。

居然有人弄了一個很牛的聯烯。如下：

C1=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C2C(=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C1)C3=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C=C23

這個扯起來很有意思！！！

以本山大叔的扯蛋為例，扯蛋的原理講解?

www.zhihu.com圖標

——————

這一類的物質叫聯烯

聯烯化學 已經成為一個比較有名的分支。

比如碳一直鏈下去，據推測很可能是一個極其牛逼的高溫超導。 有機物的超導體喲。

麻生明，1965年5月29日出生於浙江東陽，有機化學家，中國科學院院士 ，第三世界科學院院士，中國科學院上海有機化學研究所研究員，復旦大學化學系教授、博士生導師。

1982年麻生明考入杭州大學化學系；

1986年本科畢業後考入中國科學院上海有機化學研究所，先後獲得碩士學位、博士學位；

1990年博士畢業後留所任教，先後擔任助理研究員、副研究員、研究員；

1991年獲得中國科學院院長獎特別獎；

1992年前往瑞士蘇黎世聯邦理工大學，進行博士後研究工作；

1993年前往美國普渡大學從事博士後工作；

1995年獲得國家傑出青年科學基金資助；

1997年回國從事科研工作，同年擔任金屬有機化學國家重點實驗室主任；

2003年入選教育部第五批長江學者獎勵計劃特聘教授；

2005年當選為中國科學院院士；

2007年受聘為華東師範大學化學系特聘教授；

2008年當選為第三世界科學院院士；

2014年出任浙江大學理學部主任，同年全職加入復旦大學化學系

2019年，本人跟麻院士握過一次手，一起喫過一次飯。

——————

鹽選專欄真實黑歷史：毒梟和他們的邪惡帝國作者 陳敏會員專享￥ 19.90去查看?

電子書化學會呼吸作者 王耀會員專享￥ 26.52去查看?

電子書化學真好玩作者 左卷健男會員專享￥ 11.60去查看?

我提供一點點信息和個人想法吧，就當理一下我腦子裡關於這類物質的思路。主要涉及：1. 含有兩個連續碳碳雙鍵的物質是否存在，及其穩定性；2. 含有兩個以上連續碳碳雙鍵的物質的存在，比如連續九個雙鍵連在一起的化合物；3. 含有兩個以上連續碳碳雙鍵物質的穩定性；4. 長累積多烯烴的穩定策略；5. 關於含有比現有極限更多碳碳雙鍵的物質(比如:11個)。

1. 含有兩個連續碳碳雙鍵的物質是否存在，及其穩定性

現有的回答已經很多，顯然這類有兩個連續雙鍵的物質是存在的，而且數量很多。圖快的話用SciFinder或者Rexays按照聯烯的結構搜一下，大概就知道這類化合物無比的多。相關的綜述我之前見過兩篇[1-2]，作者分別為蘇黎世聯邦理工的Fran?ois Diederich教授和上海有機所的麻生明院士。具體的聯烯結構及其衍生反應這兩篇文獻裏就有很多。

化合物的穩定都是有條件的。但我們不抓字眼，只說通常意義上的穩定，一般指的是在室溫+空氣氛圍的情況下，能穩定存在一定時間。從聯烯能作為底物很廣泛地用於合成來看，我認為可以判斷聯烯這種物質是相對穩定的，不然以聯烯作為底物進行大量的研究拓展會比較喫力。

當然以上是理論上的說法。然後我想給個實際結論，聯烯就是很穩定，因為……我自己就合成過，有親身體驗……

2. 含有兩個以上連續碳碳雙鍵的物質的存在

這類物質是存在的，而且不少。在做長的累積烯烴方面，加拿大阿爾伯塔大學的Rik Tykwinski教授是領域內的代表。在他17年發表的綜述裏[3]，有張表格：

表格裏列出了具有不同雙鍵數量的累積烯烴，及相應不同封端基團的合成信息。可以看出包含有3，4，5，6，7，9個連續的碳碳雙鍵的物質，都已經被合成和報道。

（題外：偶數個雙鍵的累積烯烴不好合成。表格能見到累積[4]烯被合成過，然而如果仔細看文獻，文獻一般都比較老，而且近年來幾乎沒人做過相關化合物。累積[6]烯則只有一篇文獻報道。所以累積[4]烯和累積[6]烯是什麼情況，我個人表示存疑。）

3. 含有兩個以上連續碳碳雙鍵物質的穩定性

在文獻沒有直接提到的情況下，我個人判斷一個物質的穩定性如何，其中一個方式就是前面說的，看用這些物質做底物的反應研究多不多。我覺得大體上累積[3]烯應該是比較穩定的，因為之前提到的Diederich組用這個累積[3]烯作為底物，進行了拓展[4]:

同樣的，關於累積[5]烯的相關反應研究也有，我直接從他們的綜述[3]裏截圖吧。從這個角度看，我會認為累積[5]烯是個相對穩定的存在。

但是關於累積[7]烯和累積[9]烯作為底物的相關反應就沒見過了。根據Tykwinski組的工作，裡面有關於累積[7]和累積[9]烯的直接描述，穩定性都比較一般。大體上對光氧敏感，常規保存方式都是零下20度+避光，外加氮氣保護。文獻不多，大概有三到四篇，我懶得找了……得出的結論是累積[7]烯和累積[9]烯的穩定性並不好。

4. 長累積多烯烴的穩定策略

累積多烯烴的穩定性，大體上說隨著連續雙鍵數量增加而降低，對光氧變得更加敏感。但是如果選擇了合適的封端基團來增加累積烯烴穩定性的話，最起碼累積[9]烯是能合成並提純和表徵出來的。比如以下這個[5]：

在這篇文章裏他們就合成了兩個累積[9]烯烴。你去查supporting information，還能看到對應的單晶。注意他們封端基團的不同：

封端基團上看起來不明顯的烷基變化，對穩定性都有影響的。其中一個因素就是增大空間位阻，避免累積多烯分子間二聚反應(2+2)的發生。按照他們自己的說法，最穩定的累積[9]烯好像是在他們18年發表的一篇Angew（研究的是不同長度累積烯烴的self-rotation barrier），同一個累積[9]烯，封端的是不同的兩種苯基，做出來好像是目前最穩定的一種。有興趣的同學可以去看看。還有一篇好像是15年的Chem. Common，做出來的封端基團用的苯環上的烷基比較小，結果他們丟到冰箱以後，長出來了二聚體的單晶。

另外一種穩定策略是在外面套個環[6]：

一般來說在化合物外面套個環，化合物的光氧穩定性會有全面提高。

5. 關於含有比現有極限更多碳碳雙鍵的物質(比如:11個)

目前人類的極限是9個連續雙鍵。那麼有沒有可能做出來含有11個連續雙鍵的物質？應該是很難。按照以往合成奇數個連續碳碳雙鍵物質的方法來看，幾乎可以抄襲合成累積[9]烯的路徑來合成累積[11]烯，但是目前沒有報道。重新貼一遍圖:

我認為這麼顯而易見的思路，Tykwinski組必定已經嘗試過了，而且沒有成功。而且很可能是物質並沒有生成，或者生成了以後以極快的速度分解了。因為這類累積烯烴都有特殊的比較強的吸收峯，如果溶液中存在過，他們組應該能用紫外-可見吸收光譜檢測到物質的存在，但在他們的文獻報道中沒有提及。我覺得大體上說明瞭此路完全不通。

要猜想反應不成功的原因的話，其中一個可能是逆反應速度比正反應快，就生成的累積多烯烴把電子又還給生成的四氯化錫了。另一方面我覺得可能是累積[11]烯的穩定性問題。

穩定性角度的話，我有這麼個想法。關於累積烯烴類物質，計算結果給出了這麼幾個信息: (1)假設累積烯烴變得無限長，且每個碳碳雙鍵鍵長都一致，他會有金屬導電性；(2)累積烯烴的碳碳雙鍵看起來都是雙鍵，實際上鍵長是有變化的，而隨著烯烴變得更長，鍵長變化應該會逐漸變小。

以上兩個點看起來沒矛盾，但在實際體系中不可能存在，因為隨著烯烴變長，派爾斯相變(Peierls transition/Peierls distortion)會出現。鍵長完全一致的無限長累積烯烴，作為一維的具有等距原子的理想化的金屬線，一定是不穩定的。考慮姜-泰勒效應(Jahn-Teller effect)，這個一維的具有等距原子的累積烯烴金屬線，一定會通過鍵長的變化來打破這種結構，減少對稱性和能級簡併，從而達到降低體系能量的目的。這也就意味著累積烯烴長到一定程度的時候是無法穩定存在的。

但是極限在哪裡，那就不知道了。也許累積[11]烯還是能存在的，只是需要合成方法和結構修飾上的改進，去達成合成效果。

想到什麼再隨時修改。

[1]Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2818–2828

[2]Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3074–3112

[3]Acc. Chem. Res. 2017, 50, 1468–1479

[4]Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 4341–4345

[5]Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1817–1821

[6]Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1–6

推薦閱讀：
相關文章